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放大灯 2021-11-29

2021 年,投资人为什么不爱商业航天了?

从北京到承德的直线距离是 200km,从北京到广州的高铁长度超过 2000km。如果你抬头看,离地 200km~2000km 的高度,正在进行着一场太空竞逐。

2021 年是全球 " 巨型星座年 ",规模超过 4000 颗卫星的巨型通信星座规划已达到 4 个。卫星的多寡,直接决定新一轮太空技术竞争的胜负。单以在轨卫星数量而言,前三名是美国、中国和俄罗斯,但在 2021 年,一个值得警惕的信号出现了:三者正快速拉开差距,而追赶难度越来越大。

一萌丨作者

普通酱丨编辑

放大灯团队丨策划

一骑绝尘的美国卫星

1969 年,麻省理工大学的科学家和学生成立了一个名为忧思科学家联盟(Union of Concerned Scientists,UCS)的组织,致力于关注与人类自身迫切相关的话题,自 2005 年起,他们尝试回答一个天问:到底有多少颗卫星在绕地球飞?

现在我们有了答案。数据显示,2021 年 1 月,全球在轨卫星数量为 3372 颗,到 2021 年 9 月,九个月间猛增至 4550 颗。在新增的 1178 颗绕地卫星中,有 891 颗来自美国。在轨卫星数量最多的美国、中国和俄罗斯之间的差距也越来越大。

制表丨放大灯团队

数据来源丨 UCS Satellite Database [ 1 ] 及公开资料

以发射次数而言,中国更胜一筹,在过去的 11 个月中,中国成功进行了 44 次发射任务,不仅创下 1970 年以来的纪录,也是全球实施发射任务最多的国家之一。

2021 年以来全球发射次数列表

制表丨放大灯团队 数据来源丨公开信息

但以卫星发射效率而言,中国不及美俄。我国今年单次可发 1~3 颗卫星,最多一箭 10 星(2021 年 10 月 14 日发射的长征二号丁)。美国的猎鹰号火箭一次可为 Starlink(星链)发射 50~60 颗卫星,俄罗斯的联盟号火箭一次可为英国 OneWeb(一网)公司发射 30 颗以上卫星。

为什么?

一方面,运力越大,卫星越小,单次发星数量越多。同样把一颗卫星运送至近地轨道(LEO),美国使用的猎鹰 9 号 Block 5(不可回收版本)能向近地轨道运送 22.8 吨载荷,这意味着它一次可以运送最多 80 颗 Starlink 小卫星(单颗重 260kg [ 2 ] ),俄罗斯联盟号 -2.1b 火箭的有效载荷约为 8 吨,可一次运送最多 64 颗 OneWeb 小卫星(单颗重 125kg [ 3 ] );我国运送小卫星的快舟一号甲的近地轨道运载运力为 300kg [ 4 ] ,长征二号丁的近地轨道运载能力为 4 吨 [ 5 ] ,而国内小卫星的质量普遍在百公斤左右,虹云、鸿雁星座的单颗卫星质量甚至达到 300kg~500kg。

另一方面,英美小卫星市场相对成熟,卫星公司生产效率也高,升空业务已进入快车道。仍以美国为例,截至 2021 年 9 月 1 日,美国 2788 颗在轨卫星中,绝大多数都是商业卫星(达到 2359 颗) [ 1 ] ,而这些商业卫星中,又有过半来自马斯克的星链公司(约 1660 颗)。毫不夸张地说,民营商业卫星公司是美国卫星互联网发展的最大动力。形成强烈对比的是,国内民营小卫星公司在轨卫星都不超过 30 颗,个位数卫星的公司也不鲜见。

中国也有民营商业卫星公司,但为什么没有把更多卫星送上天?这取决于产业链、市场和政策等多方面因素。

中国星座大变局

中国航天的产业市场化始于 2014 年底,至今已有多个国企和民营公司陆续推出自有或合作星座计划,数个星座已发射验证星或首发星,仅国家队规划的星座卫星数量即已接近 700 颗,而在规划推进中的民营星座卫星数量也接近 300 颗。

制表丨放大灯团队,数据来源丨公开信息

不过,限于人力财力和政策,国内星座计划虽然遍地开花,但规模都不及动辄成千上万的 Starlink、Oneweb 公司。

2021 年中国星座领域迎来整合窗口。4 月,中国卫星网络集团有限公司(中国星网)成立,在央企名录中,名列第 26 位 [ 6 ] 。实际上,这个新晋央企在成立前的 2020 年 9 月,即通过国际电信联盟(ITU)申请了两个宽带星座共计 12992 颗近地卫星,代号分别为 GE-2 和 GW-A59。这是我国首个大规模低轨星座,也是全球第三个拥有超过一万颗卫星的星座申报方案。2021 年 8 月 24 日,中国星网的两颗融合试验卫星(01、02)发射入轨。 [ 7 ]

制表丨放大灯团队,信息来源丨国际电联 [ 8 ] 、StarlinkRumors [ 9 ]

作为新规划的星座巨无霸,中国星网意味着什么?

据 " 财新网 " 称,中国星网的角色定位是 " 卫星宽带运营商 ",它 "从外面采购卫星,然后向用户提供服务" [ 10 ] 。

天地一体网络的系统结构示意丨《通信学报》 [ 11 ]

理想状况下,原有的 " 鸿雁 "" 虹云 " 等国企星座可能接受整合,民企则可能获得订单。" 星网的成立,无疑将推动我国卫星互联网产业链上下游的共同发展。" 银河航天卫星技术专家金历群向放大灯团队乐观地表示," 这将对产业的发展将起到积极作用。"

不过即便星网也难做到雨露均沾。" 星网作为一个大甲方,必然可以带动产业链部分企业的发展。" 中科创星董事总经理张辉告诉放大灯团队,但只是通信卫星领域的利好," 星网业务只在通信领域,覆盖不了所有民营企业。"

因此,民营卫星公司不能全指望星网投喂,还得寻找适合自己的商业模式。实际上,如果你仔细观察就会发现,2020 年底以来,遥感类星座数量突然增加了——因为民营卫星确实在发掘新业务。

民营卫星找出路

商业卫星变现业务主要集中于通信、导航、遥感和科学实验四个领域。国内导航市场主要由北斗、GPS 瓜分,长光卫星则在光学遥感市场有先发优势,2021 年之前,国内民营卫星公司集中分食通信卫星市场。但进入 2021 年后,市场变化明显。

SAR 卫星商业化初具规模。2020 年,民营卫星公司讨论的还是如何争取拿下通信客户;2021 年,在合成孔径雷达(SAR)卫星逐渐市场化后,遥感市场迎来了新机会,而且变现速度更快。

史上首颗 SAR 卫星 Seasat 由美国发射于 1978 年 6 月。SAR 卫星具备主动式微波成像传感器,可以突破光学卫星的限制,不受天气、时间影响,提供高分辨率图像,在测绘、农林、地质、防灾减灾和军事等领域有越来越多的应用。

合成孔径雷达(SAR)卫星的常用波段频率丨 NASA [ 12 ]

全球首个商业化 SAR 卫星公司 " 冰眼 "(Iceye)公司诞生于芬兰,迄今为止,该公司发射了 14 颗 SAR 卫星,并通过提供 SAR 服务和解决方案,获得不少订单,在国内,Iceye 通过智星空间代理销售数据;今年 1 月,位于美国的 SAR 卫星公司 Capella 也开启商业化进程。

光学遥感和合成孔径雷达的图像对比丨《雷达学报》 [ 13 ]

国内 SAR 卫星的商业化,与国外几乎没有代差。首颗商业 SAR 卫星 " 海丝一号 " 于 2020 年 12 月入轨并实现商业化,研发方天仪研究院告诉放大灯团队,他们今年与多家国际客户签订了上亿元人民币的数据采购合同;此外公开信息显示,20921 年 7 月,银河航天也承接了 " 航天宏图一号 "4 颗 SAR 卫星星座的研制、发射与交付等工作 [ 14 ] ,而航天科工三院也在 11 月底公布了新的遥感星座计划。

一部分公司紧盯量产通信卫星量产。工业化量产是国内卫星公司的难题之一,即便是百公斤级别的小卫星,也需要上游部组件齐备并重组供应,生产线上马之后才能磨合试产。Starlink 的生产速度可达 6 颗 / 天,但对国内卫星公司来说,这个速度难以企及。2020 年获得融资的银河航天在今年尝试量产卫星。银河航天向放大灯团队表示,其研发产线投产半年,有 6 颗新卫星即将出厂。

一个典型的卫星产业链

来源丨万联证券 [ 15 ] 重绘丨放大灯团队

不过,对民营卫星公司来说,更多的是钱不能解决的问题。

不是钱能解决的事儿

2020 年,国内民营航天人士曾告诉放大灯团队:" 中国民营航天和 SpaceX 的差距,是除了钱以外的全方位差距。" 至今,这些老生常谈的问题还没有解决——

频轨资源日渐稀缺

每颗在轨卫星都需要有固定轨道和固定频谱,对近地轨道的非静止卫星来说,频谱更重要。目前国际频谱资源需要向国际电信联盟(ITU)申请,一旦拿下,必须在登记后 7 年内发射卫星,启用申报资源,否则失效。

1957 年 10 月,苏联发射人类第一颗卫星之后,世界各国就开始争夺太空频轨资源。20 世纪五六十年代,美苏和一些国外机构占据了大量优良导航频轨资源,20 世纪 90 年代,亚太国家竞相占据频轨资源 [ 16 ] ,尤其太平洋岛国汤加,在没有卫星发射需求的情况下申请占用了多个有利频轨,一度导致中国不得不和汤加合作。 [ 17 ]

民营卫星产业兴起后,Starlink、OneWeb 等行业先行者也申请了大量频轨资源,亚马逊 Kuiper 多达 7774 颗卫星也于这两年入场抢夺,加上各国大大小小星座规划,近地轨道已相当拥挤。

卫星通信无线电频谱使用情况丨天风证券 [ 18 ]

频轨资源甚至成为行业勾心斗角的工具。

2020 年 3 月,英国卫星公司 OneWeb 申请破产保护,并试图通过出售部分频谱以自救,引发行业轰动,因为频谱是一家卫星公司最重要的战略资产。

因此 OneWeb 的频谱拍卖消息让同行各怀心思:要么希望无人购买,让 OneWeb 的频谱资源失效后,由同行重新申请;要么跃跃欲试准备收购,但发现其频谱资源分别由英国和法国管辖,即便收购也无法改变属国和用途。最终,因英国政府和印度 Bharti Airtel 公司出手相救,使得 OneWeb 得以保全。

目前各国卫星公司都在抢占 Ka、Ku 和 Q/V 波段,在低频波段资源用尽后,卫星公司开始转向毫米波段。"Q/V/Ka 等频段作为毫米波频段中最适合开展卫星通信业务的频段,拥有的带宽更宽,单个关口站可管理更多的用户波束。" 银河航天金历群告诉放大灯团队,毫米波是有效减少地面关口站数量、控制系统成本的重要手段之一,但以信号损耗而言,0.3~10GHz 这个 " 无线电窗口 " 频段损耗最少。针对传输路径的信号损耗问题," 需要在星地链路预算上核算影响,根据链路质量动态适配卫星信道,选择合理的调制编码方式解决这些损耗。"

发射资源始终短缺

卫星上天需要发射场地和火箭的支持,而中国在这两方面出现了明显短板。

民营火箭有待规模运营。业内估计,2021 年,中国卫星市场发射需求为 25 吨,而长征系列火箭搭载余量仅有约 5 吨,整体运力缺口达到 20 吨 [ 19 ] 。除了国家队快舟系列、捷龙系列和开拓者外,民营火箭是补充运力缺口的重要力量。

但中国民营火箭产业因起步较晚,整体发射成功率低,迄今成功将卫星送入轨道的,仅有星际荣耀的双曲线一号、星河动力的谷神星一号,民营火箭公司离成规模发射尚有差距——没有成功率,就难以获得订单,继而越难证明自己,由此形成恶性循环。多家卫星公司向放大灯团队证实,目前火箭运力缺口已成公司发展的制约因素之一。

今年出现了一个可喜的进步是:在 2021 珠海航展上,卫星公司微纳星空与星河动力签订合作协议,微纳星空将采购星河动力的谷神星一号 Y3 运载火箭,于 2022 年初完成泰景一号 01 星和星时代 -12(泰景一号 02 星)两颗卫星的发射。 [ 20 ]

民营火箭何时能规模化发星?中科创星张辉预计,大概一到两年以后,就会涌现出比较成熟的火箭产品,提供稳定的运载服务。" 随着产品线的丰富、产品成本的降低和发射工位的增加,火箭创业公司也将给社会需求提供有效补充。"

但到那时,民营卫星公司还能有几家?

我国火箭发射场资源不够充裕。中国有酒泉、西昌、太原、文昌等 4 处成熟的轨道和亚轨道发射场地,与俄罗斯、日本数量相当,美国各类发射场则超过 20 处。这样算下来,今年中国 40 多次的发射频率,已经将发射场资源用到了极致。

各国卫星发射场地数据丨 BryceTech [ 21 ]

目前我国通过探索海上发射解决发射场地不足问题。2019 年 6 月和 2020 年 9 月,我国曾利用改装过的船进行两次海上发射 [ 22 ] [ 23 ] 。今年,我国开始在烟台海阳东方航天港建设专业化的海上卫星发射工程船,计划在 2022 年完成建造并正式投入使用。 [ 24 ]

全球轨道与亚轨道发射场信息丨 BryceTech [ 21 ]

中国的发射场数量与当下国力水平、发射需求明显不相称。美国民营火箭公司太空探索技术公司(SpaceX)和蓝色起源(Blue Origin)均拥有自己的专属试验发射场,这些优越条件,也令国内民营火箭公司难望其项背。

需要更完善的政策

中国民营火箭和卫星公司的发展速度,与政策密切相关;美国有的民营航天产业快速发展,得益于更完善的法律许可制度。

简单地说,中美民营航天产业,在政策上大不相同。美国采取的是发射承包商运营许可制,中国采取的是特定项目许可制

在商业航天领域,美国先后颁布相关法律包括:1958 年的《航空航天法》,1962 年的《商业通信卫星法》,1984 年的《商业发射法》和《商业遥感法》,1998 年的《商业空间法》,2000 年颁行的《重组公开市场以完善国际通信法》规定卫星通信私有化,甚至产生了全球性影响 [ 25 ] 。2021 年 3 月新生效的《简化发射和回收许可要求》(Streamlined Launch and Reentry License Requirements)规定,发射承包商需取得 FAA 颁发的火箭运营许可(Vehicle Operator License),方可从事同一或同类火箭的一次或多次发射或回收活动。 [ 26 ]

中国没有美国那样专门的航天法,但与商业航天相关的法律法规有 30 部,最新的一部法规是今年 5 月国防科工局颁布的《关于促进微小卫星有序发展和加强安全管理的通知》,鼓励民营小卫星公司参与国家项目 [ 27 ] 。无论境内还是承包商境外的发射任务,均需通过省级国防科技工业管理部门申请国防科工局的发射许可。国防科工局在收到申请材料之日起 30 日内完成审批。除应取得国防科工局的审批许可外,总承包商视项目情况可能还需将相关材料报军委装备发展部进行专项审查,并在取得许可和通过专项审查后,购买发射空间物体的第三方责任险和其他相关保险,作为出厂以及进入发射场工作阶段的必要前提条件。 [ 26 ]

目前国内发射许可属于 " 一事一议 ",求稳,安全性好,但对民营卫星和火箭公司来说,想要尝试快速反应和发射,几乎不可能。

一位行业人士向放大灯团队表示,在制约民营航天发展的所有因素中,政策>技术>空间资源>成本

星座大变局,发射资源跟不上,加上产能问题尚未解决,导致在 2020 年资本突击投资之后,民营卫星和民营火箭一样,降温了。

这就降温了?

2019~2020 年是商业航天最风光的时期。公开信息显示,到 2020 年底,全国有注册航天企业 318 家,其中卫星应用领域 134 家、卫星制造领域 84 家、卫星运营领域 48 家、卫星发射领域 47 家,融资额度接近百亿元。 [ 28 ]

但到了 2021 年,民营卫星和民营火箭公司领域的融资明显减少——截至 2021 年 11 月 25 日,国内民营卫星行业只有 7 起融资,民营火箭行业更是低至 1 起。如果接下来一个月没有更多喜讯出现,那么民营航天的融资数量将在 2021 年萎缩至五年来最低点

制表丨放大灯团队,数据来源丨公众号 " 硬科技加速器 " [ 29 ] 、公开信息(资料截至 2021 年 11 月 26 日)

资本过于安静,是因为民营航天前景不行了吗?

话需分两头讲。一方面,2020 年多家民营航天公司都获得了两轮融资," 过热 " 的融资带来大量金钱,需要时间来消化;另一方面,民营航天公司的技术和产品,仍处于证明自己的阶段,多重因素掣肘下," 新故事 " 不好讲。

" 商业航天的赛道本身没有问题,很有战略意义,也极具市场想象力。" 中科创星张辉认为," 资本在长周期、重投入的产业规律面前,也必然走向理性和谨慎。"

资本方依然对商业航天保持密切关注,只不过方向更细分。民营卫星公司在 2020 年纷纷建立卫星生产线,产生大批量零部件产品需求,因此航天产业链成为重要的投资方向," 关键词是‘重构’和‘补充’,重点关注能解决产业瓶颈的企业。" 张辉指出,航天产业链公司更值得关注," 在技术领域,有重大技术创新能力的公司值得关注,重点在部组件方面;在业务模式上,围绕经营权和所有权分离,关注有相关布局的公司。"

太空的竞争背后,是大国实力的博弈。一家商业卫星公司的成功关键,取决于其卫星制造效率、频轨资源和商业化能力;而一个国家的卫星互联网成功与否,则要仰赖其顶层设计与政策资源红利了。

References:

[ 1 ] UCS Satellite Database https://www.ucsusa.org/resources/satellite-database

[ 2 ] Adam Mann. Starlink: SpaceX's satellite internet project. 2021-5-29, https://www.space.com/spacex-starlink-satellites.html

[ 3 ] OneWeb 1, ..., 900. https://space.skyrocket.de/doc_sdat/oneweb.htm

[ 4 ] 一箭双星!快舟一号甲固体运载火箭第三次发射圆满成功 . 航天科工官网 . 2019-9-2 http://www.casic.com.cn/n12377419/n12378166/c13784113/content.html

[ 5 ] 长征二号丁 . 航天科技官网 . 2015-9-15 http://www.spacechina.com/n25/n146/n238/n12985/c15050/content.html

[ 6 ] 央企名录 . 国务院国有资产监督管理委员会官网 . 2021-6-24 http://www.sasac.gov.cn/n4422011/n14158800/n14158998/c14159097/content.html

[ 7 ] 我国成功发射融合试验卫星 01/02 星 . 新华网 . 2021-8-24 http://www.news.cn/photo/2021-08/24/c_1127791587.htm

[ 8 ] Information "As Received". 国际电信联盟官网 https://www.itu.int/ITU-R/space/asreceived/Publication/AsReceived

[ 9 ] 中国低轨巨型星座国际申报 12992 颗 . Starlink Rumors. 2020-10-27 https://www.starlinkrumors.com/%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E4%BD%8E%E8%BD%A8%E5%B7%A8%E5%9E%8B%E6%98%9F%E5%BA%A7/

[ 10 ] 何书静 , 黄荣 . 央企 " 星网 " 落地雄安 如何统筹中国卫星互联网发展?财新网 . 2021-4-29 https://www.caixin.com/2021-04-29/101703830.html

[ 11 ] 朱立东 , 张勇 , 贾高一 . 卫星互联网路由技术现状及展望 [ J ] . 通信学报 , 2021, 42 ( 8 ) : 33-42. doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2021166

[ 12 ] What is Synthetic Aperture Radar? NASA 官网 . 2021-3-10 https://earthdata.nasa.gov/learn/backgrounders/what-is-sar

[ 13 ] 邓云凯 , 赵凤军 , 王宇 . 星载 SAR 技术的发展趋势及应用浅析 [ J ] . 雷达学报 , 2012, 1 ( 1 ) : 1-10. doi: 10.3724/SP.J.1300.2012.20015

[ 14 ] 航天宏图信息技术股份有限公司关于签署委托第三方建设卫星星座并提供测控、运营等服务合同的公告 . https://pdf.dfcfw.com/pdf/H2_AN202107261506207705_1.pdf?1627313813000.pdf

[ 15 ] 万联证券 . 卫星互联网产业链解析:战火早已熊熊燃烧——卫星互联网行业深度报告

[ 16 ] 中信卫星 . 轨道位置与干扰协调 - 卫星轨位与干扰协调 .2019-7-29 http://www.citicsat.com/Info_News/35/114

[ 17 ] 鲁伊 . 国家利益与太空竞争 . 三联生活周刊 . 2010.6(26)

[ 18 ] 天风证券 . 卫星互联网应用元年:天地万物互联时代到来

[ 19 ] 成招荣 . 2021 年中国商业航天行业市场现状与发展前景分析 未来发展前景广阔 . 前瞻产业研究院 . 2021-8-20 https://www.qianzhan.com/analyst/detail/220/210820-13045cd3.html

[ 20 ] 微纳星空官方微信:又双叒一个好消息!这次是微纳星空与星河动力 . https://mp.weixin.qq.com/s/UKI3StVsoEdg18eflev-Cw

[ 21 ] BryceTech. Orbital and Suborbital Launch Sites of the World 2021 https://brycetech.com/reports

[ 22 ] 张静 . 解析首次海上发射:低纬度海射可提高火箭运载力和卫星寿命 . 澎湃新闻 . 2019-6-5 https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_3611892

[ 23 ] 海天相接 奔向 " 星辰大海 "!海上发射运载火箭,为什么这么牛?央视新闻 . 2020-9-15 https://news.cctv.com/2020/09/15/ARTIVXMHDb3SLu5TLHhlwb3c200915.shtml

[ 24 ] Andrew Jones. China is building a new ship for sea launches to space. Space. 2021-11-14 https://www.space.com/china-building-ship-rocket-launches-at-sea

[ 25 ] 吴晓丹 . 美国商业外层空间法律制度述评 [ J ] . 环球法律评论,2013 ( 5 ) : 168-176

[ 26 ] 田文静,徐越,周思吉 ." 新基建 " 之卫星互联网系列:商业发射的法律问题探析 . 金杜研究院 . 2021-10-27 https://mp.weixin.qq.com/s/sjd8GDbJw0894wdrMkOOWg

[ 27 ] 国家国防科技工业局 . 关于促进微小卫星有序发展和加强安全管理的通知 . 2021-5-19 http://gfplatform.cnsa.gov.cn/n157/c6812015/content.html

[ 28 ] 张建林,白爽 . 我国商业发射已占半壁江山,多地布局航天基地中心 . 知道 News. 2021-10-29 https://mp.weixin.qq.com/s/BoSdolNQA90zla3oDHKm7Q

[ 29 ] 宋玉杰 . " 商业航天 " 投资事件汇总 . 硬科技加速器 . 2021-8-29 https://mp.weixin.qq.com/s/V1DyvFCS7Wk8eKhEmN7_ng

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